基于FPGA的多算法可重构加解密系统的设计
发布时间：2021-11-04 09:38
随着通信技术与计算机技术的不断发展,信息化成为整个社会的发展趋势,信息安全变得尤为重要。为提高数据传输的安全性与时效性,基于FPGA实现密码算法成为了目前的研究热点。由于算法不断优化,数据处理速度要求不断提高,FPGA需要使用更多的逻辑资源来满足相应技术指标。同时为了针对不同的应用环境与更高的安全性,需要加解密系统能够采用不同的密码算法对数据进行处理,但是在同一片上实现多种算法会使逻辑资源消耗进一步增加,资源利用率与系统灵活性降低。针对上述问题,本课题对FPGA实现密码算法时存在的数据处理速度与资源消耗优化平衡问题进行研究,同时基于FPGA与ARM处理器,研究动态可重构技术的实现方法,设计动态可重构控制平台,并将控制平台与多种算法相结合,形成多算法可重构加解密系统。主要研究内容如下:首先选定3DES、AES、RSA三种密码算法作为系统搭载的核心算法,并且为了优化平衡数据处理速度与资源消耗两项技术指标,针对算法的变换步骤以及处理函数进行优化设计,降低各个步骤实现时的资源消耗,同时对算法的数据处理结构及流程进行优化,设计多种结构进行对比分析,以最适合的设计方案获得更快的数据处理速度,优化处...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DES算法整体结构图
图 2-2 AES-128 加密/解密整体结构图2.3.2AES 算法的基本步骤字节置换是 AES 算法迭代过程中唯一的非线性运算，该运算以字节为单位在有限域 GF(28)上进行，加密时主要由以下两步组成[36]：（1）在 GF(28)域上对每个字节求其乘法逆；（2）对乘法逆的结果进行仿射变换，将字节表示为(b7,b6,b5,b4,b3,b2,b1,b0)，变换过程可由式(2-1)表示。'00'11'22'33'44'55'66'771 0 0 0 1 1 1 1 11 1 0 0 0 1 1 1 11 1 1 0 0 0 1 1 01 1 1 1 0 0 0 1 01 1 1 1 1 0 0 0 00 1 1 1 1 1 0 0 10 0 1 1 1 1 1 0 10 0 0 1 1 1 1 1 0=bbbbbbbbbbbbbbbb (2-1
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文用在求解模线性方程及方程组中。模反元素存在整数 a 和 n，两者互质，如果 a 与 n 满足式(2-9)。ab 1(mod n) b 为 a 的模反元素。式(2-9)等价于式(2-10)。ab 1 kn ab kn 1 a 和 n 互质，所以 gcd(a, n)=1，则根据贝祖等式，式(2-10)可化ax ny 1据扩展欧几里得算法将式 2-11 中（x,y）解出来，x 就是 a 的模A 算法的原理S 算法和 3DES 算法中，都运用了多轮迭代和替代置换的运算本原理是基于对极大整数难以进行因数分解的困难性[38]。结生成公钥和私钥，并以此为基础对明文或密文进行模幂运算文或明文，其中密钥生成过程如图 2-3 所示[39]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Zynq的AXI总线数据传输软件优化[J]. 吴汶泰,詹璨铭. 通信技术. 2017(07)
[2]动态可重构穿戴计算机软件平台研究[J]. 吴宗卓. 自动化与仪器仪表. 2017(06)
[3]RSA加密解密算法的分析与实现[J]. 杨奕成. 通讯世界. 2017(02)
[4]可重构密码流体系结构模拟器设计与实现[J]. 王寿成,严迎建,徐进辉,李功丽,朱玉飞. 计算机工程与设计. 2016(11)
[5]RSA算法的研究和改进[J]. 陈春玲,齐年强,余瀚. 计算机技术与发展. 2016(08)
[6]基于FPGA的高性能3DES算法实现[J]. 朱欣欣,李树国. 微电子学与计算机. 2015(09)
[7]密钥可配置的高速3DES芯片设计[J]. 陈志阳,陈传东,施隆照. 微电子学. 2015(03)
[8]一种基于流处理框架的可重构分簇式分组密码处理结构模型[J]. 陈韬,罗兴国,李校南,李伟. 电子与信息学报. 2014(12)
[9]可重构分簇式分组密码处理架构[J]. 李校南,王雪瑞,戴紫彬,纪祥君. 计算机应用与软件. 2014(01)
[10]DES和SM4算法的可重构研究与实现[J]. 吴筱,郭培源,何多多. 计算机应用研究. 2014(03)
本文编号：3475481
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DES算法整体结构图
图 2-2 AES-128 加密/解密整体结构图2.3.2AES 算法的基本步骤字节置换是 AES 算法迭代过程中唯一的非线性运算，该运算以字节为单位在有限域 GF(28)上进行，加密时主要由以下两步组成[36]：（1）在 GF(28)域上对每个字节求其乘法逆；（2）对乘法逆的结果进行仿射变换，将字节表示为(b7,b6,b5,b4,b3,b2,b1,b0)，变换过程可由式(2-1)表示。'00'11'22'33'44'55'66'771 0 0 0 1 1 1 1 11 1 0 0 0 1 1 1 11 1 1 0 0 0 1 1 01 1 1 1 0 0 0 1 01 1 1 1 1 0 0 0 00 1 1 1 1 1 0 0 10 0 1 1 1 1 1 0 10 0 0 1 1 1 1 1 0=bbbbbbbbbbbbbbbb (2-1
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文用在求解模线性方程及方程组中。模反元素存在整数 a 和 n，两者互质，如果 a 与 n 满足式(2-9)。ab 1(mod n) b 为 a 的模反元素。式(2-9)等价于式(2-10)。ab 1 kn ab kn 1 a 和 n 互质，所以 gcd(a, n)=1，则根据贝祖等式，式(2-10)可化ax ny 1据扩展欧几里得算法将式 2-11 中（x,y）解出来，x 就是 a 的模A 算法的原理S 算法和 3DES 算法中，都运用了多轮迭代和替代置换的运算本原理是基于对极大整数难以进行因数分解的困难性[38]。结生成公钥和私钥，并以此为基础对明文或密文进行模幂运算文或明文，其中密钥生成过程如图 2-3 所示[39]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Zynq的AXI总线数据传输软件优化[J]. 吴汶泰,詹璨铭. 通信技术. 2017(07)
[2]动态可重构穿戴计算机软件平台研究[J]. 吴宗卓. 自动化与仪器仪表. 2017(06)
[3]RSA加密解密算法的分析与实现[J]. 杨奕成. 通讯世界. 2017(02)
[4]可重构密码流体系结构模拟器设计与实现[J]. 王寿成,严迎建,徐进辉,李功丽,朱玉飞. 计算机工程与设计. 2016(11)
[5]RSA算法的研究和改进[J]. 陈春玲,齐年强,余瀚. 计算机技术与发展. 2016(08)
[6]基于FPGA的高性能3DES算法实现[J]. 朱欣欣,李树国. 微电子学与计算机. 2015(09)
[7]密钥可配置的高速3DES芯片设计[J]. 陈志阳,陈传东,施隆照. 微电子学. 2015(03)
[8]一种基于流处理框架的可重构分簇式分组密码处理结构模型[J]. 陈韬,罗兴国,李校南,李伟. 电子与信息学报. 2014(12)
[9]可重构分簇式分组密码处理架构[J]. 李校南,王雪瑞,戴紫彬,纪祥君. 计算机应用与软件. 2014(01)
[10]DES和SM4算法的可重构研究与实现[J]. 吴筱,郭培源,何多多. 计算机应用研究. 2014(03)
本文编号：3475481
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